TURBULENCE CHARACTERISTICS OF THE ATMOSPHERIC SURFACE LAYER OVER AN OPEN GRASSLAND*

Described in this paper is an experiment on atmosphere-surface turbulent exchange and boundary layer turbulence properties conducted in July 1994 over the Kerqin Grassland,Jilin,China.The characteristics of the turbulent spectrum,and the relationships of the standard deviation of the turbulent velocity components and sensible heat flux with the atmospheric stability are studied using data from a sonic anemometer and a fast-response platinum resistance thermometer mounted on a 100 m tower.The results show that in the surface layer over a flat,uniform and open grassland,for a broad stability range(-22.12≤Z_iL≤17.98),the velocity spectra obey the-2/3 power law in the inertial subrange,and 1 power law at low frequencies.Under near neutral stratification,σ_u/u_*=1.20,σ_v/u_*=1.23 and σ_w/u_*=1.02.For Z_i/L≤-0.2,the standard deviations of the turbulent velocity components follow a 1/3 power law.For Z_i/L≤-0.1,the standard deviation of the temperature fluctuations follows a-1/3 power law,and as Z_i/L≤-0.08,it exhibits nonlinear behavior.Sensible heat flux is well correlated to the stability parameter.     

全球地面气温变化特征与我国黑龙江省冬夏冷暖异常的关系

利用ＮＮＣＥＮＰ／ＮＣＡＲ１９７９年１月至１９９５年１２月的全球候平均地面气温再分析资料和同期黑龙江省３２个站各候平均地面气温,研究了８０年代来全球地面气温的变化特征及其与我国黑龙江省地区冬夏冷暖异常的关系。８０年代以来全球气温明显升高,赤道、两极及北半球的高纬地区、南半球的低纬地区变化较大,且先于其它地区出现。与黑龙江省地区温度相关在的地区有亚欧大陆中西部、印度洋、赤道东太平洋、北美西北部及北太     

山西近50a初霜冻的气候变化特征及其周期分析

初霜冻13的变化对农业生产的布局和耕作模式具有一定的影响。利用山西62个气象观测站点1961－2010年的逐年初霜冻日及逐日最低地温资料,应用统计学方法分析了山西初霜冻日的变化特征,结果表明：1）山西近50a平均初霜冻日的时间分布总体为推后趋势,且具有明显的年代际特征,20世纪70年代、90年代初霜冻日提早显著,20世纪60年代、80年代和21世纪初霜冻日明显推后。2）山西近50a平均初霜冻日的空间分布为“5级阶梯”型分布,从9月中旬到11月上旬,自北向南相继出现初霜冻。3）M—K突变检验表明,山西近50a平均初霜冻日在1989年发生了一次显著的气候突变。4）山西近50a初霜冻日变化趋势的分布具有明显的区域特征,大部分地区初霜冻日有推后的趋势,但南部和中南部的部分地区初霜冻日有提前的趋势。5）Morlet小波分析结果表明,山西的初霜冻、轻微初霜冻、中度初霜冻和重度初霜冻发生的主周期分别为5a、2a、5a、6a;目前山西正处在初霜冻和轻微初霜冻的推后期、中度初霜冻和重度初霜冻的提前期。     

基于GIS的长江中上游降水的空间分析

为了获取长江中上游地区高分辨率的降水情况,以长江中上游及其周围地区共613个气象站点的降水资料为基本数据,利用分辨率为4km 的DEM(Digital elevation model),采用了较适合地理信息系统(Geographic Information System)的插值方法,分别对该区域1992-2001年逐年降水进行了分析.结果表明:逐步插值法得到的高分辨率降水空间分布效果较好,计算的精度较高.该方法提高了计算的准确性,体现了降水随地形的变化以及在空间分布上的不连续性,有效解决了复杂地形条件下降水空间插值精度不高的问题.     

西拉木伦河流域降水和径流特征分析

在搜集整理西拉木伦河流域近30a(1981—2010年)降水资料和同期径流数据的基础上,运用统计方法分析了该流域的降水和径流年内和年际变化特征,并对年降水量和径流二者之间的关系进行了初步探讨。结果表明,西拉木伦河流域年内降水分配不均匀,降水主要集中在夏季,近30a年际降水量呈波动减少趋势。受降水影响,西拉木伦河流域径流年际变化同样也较为强烈。以西拉木伦河流域年降水量、径流量建立数学模型为:Q=-4.624+0.029P年(R=0.706)。     

2006年河套地区一次灾害天气过程诊断分析

应用MICAPS常规气象观测资料和NOAA-12及NOAA-17沙尘暴遥感监测图资料,对2006年4月10—12日发生在河套地区的一次灾害性天气进行诊断分析。结果表明:高空横槽转竖直接诱发寒潮爆发;中尺度切变线、强锋区、蒙古气旋和地面冷锋是引发沙尘暴的主要影响系统;特殊地形、气候条件和富含沙尘源的下垫面是形成沙尘暴的物质基础;高空冷中心强度达-45℃、地面冷高压中心强度达1 060.0 hPa是寒潮爆发的必要条件;沙尘暴发生过程中,各测站均出现了风速剧增、气压升高、气温下降和湿度增大等现象。垂直速度场呈上升运动及高层辐散、低层辐合的物理量场配置对春季沙尘暴预报有较好的指示意义。     

以树轮宽度重建秦岭中段分水岭地区1-7月平均气温

根据秦岭中段分水岭地区秦岭落叶松树轮宽度指标,建立了该地区1814-2003年的树轮标准化年表。分析表明,该地标准化年表与当年1-7月平均气温显著相关。在此基础上设计转换方程,利用多元回归技术重建了秦岭中段分水岭地区的1-7月平均气温,重建序列的方差解释量为41.2% (F=15.062, p＜0.0001),重建序列显示在过去190 a中气温较低的时段主要有1814-1850年和1876-1889年;偏暖期主要有1851-1875年和1890-1933年;而1934-1990年这一时期气温变化幅度较小,气温相对比较稳定;1990年之后升温明显。     

兰州春季沙尘过程PM10输送路径及其潜在源区

将2001-2008年分为沙尘天气相对多年和相对少年,计算兰州市春季逐日4个时次的4d气团后向轨迹。通过聚类分析得到春季到达兰州市区的主要气团轨迹组,结合可吸入颗粒物PM10日均质量浓度资料,通过计算潜在源贡献因子PSCF（potential source contribution function）和浓度权重轨迹CWT（concentration-weighted trajectory）,得到影响兰州市春季PMlo质量浓度的潜在源区以及不同源区对兰州市春季PM10质量浓度贡献的差异。结果表明,在沙尘天气相对多年,西路径和西北路径发生比例最高,分别占总轨迹的33％和19．4％,其中有50％以上为污染轨迹,是造成兰州市春季高质量浓度PM10污染的主要输送路径。沙尘天气相对少年的主要输送路径是西路径,其次是北路径,分别占23．6％和18％。影响兰州市春季大气PM10质量浓度的潜在源区分布在新疆塔里木盆地、吐鲁番盆地、青海柴达木盆地、甘肃河西走廊、内蒙古中部和西部的沙漠戈壁地区。     

全球升温1.5℃时北半球多年冻土及雪水当量的响应及其变化

本文基于耦合模式比较计划第5阶段（CMIP5）的17个全球气候模式,确定了1.5℃温升（相对于1861-1880年）的发生时间,预估了全球升温1.5℃时,北半球冻土和积雪的变化,并对预估结果的不确定性进行了讨论。结果表明,全球平均地表温度在3种排放情景下（RCP2.6,RCP4.5,RCP8.5）分别于2027、2026、2023年达到1.5℃阈值。当全球升温1.5℃,北半球多年冻土南界北移1°～3.5°,冻土退化主要发生在中西伯利亚南部。多年冻土面积在全球升温1.5℃时,在RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5排放情景下较1986-2005年分别减少约3.43×10⁶ km²（21.12%)、3.91×10⁶ km²（24.10%）和4.15×10⁶ km²（25.55%);北半球超过一半以上的区域雪水当量减少,只在中西伯利亚地区略微增加;北美洲中部、欧洲西部以及俄罗斯西北部减少较显著,减少约40%以上。青藏高原多年冻土面积在RCP2.6、RCP4.5以及RCP8.5排放情景下分别减少0.15×10⁶ km²（7.28%)、0.18×10⁶ km²（8.74%）和0.17×10⁶ km²（8.25%)。青藏高原冬、春季雪水当量分别减少约14.9%和13.8%。     

“一带一路”区域气候变化事实、影响及可能风险

“一带一路”区域国家经济、政治发展极不平衡,随着全球气候变暖,区域内的自然环境、气候资源、水资源等都将面临着显著而复杂的变化,并且干旱、洪涝等多种气候灾害是“一带一路”区域可持续发展和重大基础设施建设面临的重大威胁之一。目前,“一带一路”倡议已经进入实质性建设阶段,沿线地区的气候变化及其灾害风险关乎“一带一路”倡议能否顺利实施及亚投行的投资安全。在此背景下,2016—2018年中国科学院地球科学学部实施了“‘一带一路’区域气候变化问题”咨询评议项目,项目针对该区域气候变化的事实、未来变化预估、气候变化的可能影响以及带来的潜在风险等问题进行了系统的调研,并开展了若干分析和研究。经过两年的努力,项目组完成了有关进展报告四份,包括一份总报告和三份分报告。本文扼要地概括和介绍了项目取得的主要成果。